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低温污氮用闪蒸气液分离器①

更新时间：2009-03-28

氢气的回收再利用在合成氨、合成甲醇等煤化工技术领域中十分重要[1,2]。低温液氮在洗涤净化气的过程中产生的低温污氮含有H2、CO、Ar、CH4、CO2、H2O及CH3OH等气体，其中H2为有用气体，需要解析再利用。常用的解析方式是将污氮通过一个减压阀后，直接打入气液分离罐内进行分离，但是由于污氮流量较大，单个大的节流阀节流后雾化程度较差，分离速度较慢，分离出的氢气较少，分离过程中容易造成累积瞬间爆沸等现象，不能有效分离液态污氮中的氢气。另外，传统的单个减压阀在减压过程中容易引进液体集聚，不能有效分离氢气，节流过程不稳定[2]。

将研究结果所得的各项数据采取SPSS 22.0统计学软件施行数据处理。在对数据进行处理期间，t采取检验计量资料，卡方采取检验计数资料，组间差异通过P加以判定，其标准判断标准：如果所得P＜0.05，那么代表所得数据具备统计学意义；如果所得P＞0.05，那么代表所得数据不具备统计学意义。

为使污氮在减压过程中解析更多的氢气，同时使解析过程更稳定，笔者设计了一个低温污氮用闪蒸气液分离器，该分离器在多个多股流管道内设置减压节流阀，并依次连接壳体进行分段减压节流，避免节流后污氮集中、不能有效分离液态污氮中H2的现象，实现氢气的闪蒸解析分离。

1 结构设计

低温污氮用闪蒸气液分离器结构示意图如图1所示。H2出口接管底部连接上封头，上封头底部连接筒体，筒体侧面依次连接1、2、3、4减压节流阀及其连接管道和附件。第4接管法兰左侧连接污氮进口支管。筒体底部连接下封头，下封头侧面连接裙座，底部连接污氮出口接管。筒体中间安装金属丝网。

知识产权工作是一个系统工作，需要较长时间来实现既定的目标。湖北民族学院在2018年5月通过第七届全国高等学校设置评议委员会专家考察和评议，正式更名为湖北民族大学。在更名期间，聚全校之力服务更名大学工作，在有关制度修订、机构更新等方面将有学校的统一部署，将在新的背景下继续推进知识产权工程，努力实现科技强校。

  

图1 低温污氮用闪蒸气液分离器结构示意图1——H2出口接管； 2——上封头； 3——筒体； 4——第1节流阀接管； 5——第1节流阀； 6——第1接管法兰； 7——第2节流阀接管； 8——第2接管法兰； 9——第2节流阀； 10——污氮进口接管；11——污氮进口支管； 12——第3接管法兰；13——第3节流阀； 14——第3节流阀接管；15——第4接管法兰； 16——第4节流阀；17——第4节流阀接管； 18——金属丝网；19——下封头； 20——裙座；21——污氮出口接管

2 工作原理

根据过冷污氮节流减压原理，将系统提供的5.21MPa、-193.0℃低温过冷液态污氮节流降压至1.80MPa，以解析污氮中的氢气。同时，节流后背压应大于1.80MPa以确保污氮中的N2、CO、Ar、CH4、CO2、H2O及CH3OH等持续溶解，不被析出。节流过程中过冷污氮处于液相区，节流后温度上升至-191.5℃。为确保节流过程更接近理论等焓过程，在多股流管道内设置节流阀进行节流，且设置多个节流阀形成多段节流，以强化节流雾化过程，使节流后雾化效果更好，节流过程更加平衡，节流后压力分布更加均匀。其次，节流雾化后低温污氮中的氢气在解析过程中需要有一定的表面媒体进行诱发解析以加快解析过程，笔者在低温污氮用闪蒸气液分离器内设置低温金属丝网，并设置足够大的解析空间以加快解析过程，使解析过程更加平衡，避免出现爆析现象[3]。最后，低温污氮用闪蒸气液分离器高度、节流阀数量、金属丝网密度和丝网高度可根据污氮的实际流量和污氮中所含氢气的流量进行计算设置[4]。

3 工作流程

将5.21MPa、-193.0℃低温过冷液态污氮打入污氮进口接管，经污氮进口支管分配于第1节流阀接管、第2节流阀接管、第3节流阀接管和第4节流阀接管，再经过第1节流阀、第2节流阀、第3节流阀和第4节流阀节流降压后，在1.80MPa、-191.5℃时以雾化形式进入金属丝网内并进行降压，实现氢气的闪蒸解析；解析出的氢气沿金属丝网向上经氢气出口接管排出，雾化解析后的污氮在金属丝网内重新凝结并沿金属丝网向下流动，经污氮出口接管排出，最终完成整个氢气的闪蒸解析过程[4]。

4 结束语

笔者设计的低温污氮用闪蒸气液分离器，结合了多股流减压节流制冷原理和低温污氮降压闪蒸H2工艺技术特点，并设置了合理的节流前后压比，解决了单个节流阀雾化效果差、分离速度较慢且分离H2少的问题。该低温污氮用闪蒸气液分离器较传统单个减压阀的解析方式，能够更有效地分离溶解于污氮中的H2，并实现污氮中H2的回收再利用，从而为循环制取合成气提供更多的可利用H2。

参 考 文 献

[1] 赵鹏飞,李水弟,王立志.低温甲醇洗技术及其在煤化工中的应用[J].化工进展,2012,24(11):2442～2448.

[2] 吴金群. 新型管道内置LNG节流阀热应力及流场数值模拟研究[D].兰州:兰州交通大学,2014.

[3] 娄伦武,张兰文,勾豪.低压醇分离器闪蒸气甲醇含量高的对策措施[J].化工设计通讯,2013,39(3):78～79.

[4] 张周卫,薛佳幸,汪雅红,等.低温污氮用闪蒸气液分离器[P].中国: 201310601407.5,2015-07-01.

 
赵丽，张周卫，郭舜之，田源，张梓洲
《化工机械》 2018年第02期
《化工机械》2018年第02期文献

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